Question

5．某化學興趣小組的同學們學習了純堿的知識后，對著名的侯氏制堿法產生了濃厚的興趣，決定對侯氏制堿法進行深入的探究，請你一起參與他們的探究．
【查閱資料】
Ⅰ．侯氏制堿法的原理：
第一步：向飽和食鹽水中先通入過量氨氣（溶液顯堿性），再通入過量的二氧化碳，即可析出NaHCO₃固體，反應方程式是：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl．
第二步：將第一步反應后所得的混合物進行過濾后，將濾渣加熱，可生成純堿、一種能使澄清石灰水變渾濁的氣體和一種常見的氧化物．
Ⅱ．已知20℃時有關物質的溶解度如下（氣體指1體積水中能溶解得氣體體積）

物質	NaCl	NaHCO3	NH4Cl	NH3	CO2
溶解度	36.0g	9.6g	37.2g	710	0.9

Ⅲ．已知NH₄Cl加熱條件下易分解，反應的化學方程式是NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+HCl↑
【資料回顧】
（1）第一步中析出NaHCO₃固體的原因是相同條件下，碳酸氫鈉的溶解度比氯化鈉和碳酸鈉小，實驗中先向飽和食鹽水中通入過量氨氣，再通入過量的二氧化碳，其原因是①（填序號）．
①使CO₂更易被吸收      ②NH₃比CO₂更易制取      ③CO₂的密度比NH₃大
（2）寫出第二步中將濾渣加熱發(fā)生反應的化學方程式2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（3）該工業(yè)同時可得副產物NH₄Cl，它在農業(yè)上可作氮肥，寫出NH₄Cl與熟石灰固體加熱的化學方程式2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
【定性探究】
第一步反應所得混合物在第二步過濾后所得濾液中溶質的成分是什么？
【作出猜想】
猜想Ⅰ：NH₄Cl
猜想Ⅱ：NH₄Cl和NaHCO₃
猜想Ⅲ：NH₄Cl和NaCl
猜想Ⅳ：NH₄Cl、NaCl和NaHCO₃．
【設計實驗】

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	實驗結論
①取少量濾液于試管中，滴加稀鹽酸	產生無色無味氣體	證明濾液中含有的物質是NaHCO3
②另取少量濾液于試管中，滴加足量稀HNO3后，再滴加AgNO3溶液	產生白色沉淀	證明濾液中含有NaCl

【交流討論】小明同學認為步驟②結論不正確，他的理由是氯化銨能和硝酸銀反應生成白色沉淀氯化銀．
小張為證明濾液中是否含NaCl，設計了以下方案：另取少量濾液蒸干后充分灼燒，取灼燒后的殘余固體溶于水，往其中滴加足量稀HNO₃后，再滴加AgNO₃溶液，產生白色沉淀．
【得出結論】猜想Ⅳ成立．
【定量探究】
實際生產中得到的純堿樣品中含有少量NaCl，國際上規(guī)定純堿的純度（即純堿的質量分數(shù)）≥98.0%為合格品，同學們想判斷某純堿樣品是否合格，分成四個小組，各取25克該樣品全部溶解于水中，向其中加入相同溶質質量分數(shù)的CaCl₂溶液．四組加入的CaCl₂溶液的質量與產生的沉淀的質量關系如表．

	第一組	第二組	第三組	第四組
CaCl2溶液的質量（克）	100	200	300	400
產生沉淀的質量（克）	8	16	20	20

（1）通過計算判斷該純堿樣品是否是合格品？
（2）若要計算CaCl₂溶液的溶質質量分數(shù)，可以選擇第一、二組數(shù)據(jù)計算．

Answer 1

分析 【資料回顧】
相同條件下，溶解度越小，越容易從溶液中析出；
顯堿性的溶液更容易吸收二氧化碳；
碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳；
氯化銨和氫氧化鈣在加熱條件下反應生成氯化鈣、水和氨氣；
【定性探究】
析出碳酸氫鈉固體后的溶液仍然是碳酸氫鈉的飽和溶液；
【設計實驗】
碳酸氫鈉和稀鹽酸反應生成氯化鈉、水和二氧化碳；
【交流討論】
銀離子能和氯離子結合成白色沉淀氯化銀；
【定量探究】
根據(jù)提供的數(shù)據(jù)和反應的化學方程式可以進行相關方面的計算和判斷．

解答 解：【資料回顧】
（1）第一步中析出NaHCO₃固體的原因是相同條件下，碳酸氫鈉的溶解度比氯化鈉和碳酸鈉�。�
實驗中先向飽和食鹽水中通入過量氨氣，再通入過量的二氧化碳，其原因是使CO₂更易被吸收．
故填：相同條件下，碳酸氫鈉的溶解度比氯化鈉和碳酸鈉小；①．
（2）第二步中將濾渣加熱時，碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳，發(fā)生反應的化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
故填：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（3）該工業(yè)同時可得副產物NH₄Cl中含有氮元素，它在農業(yè)上可作氮肥；
NH₄Cl與熟石灰固體加熱的化學方程式為：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
故填：氮；2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
【作出猜想】
猜想Ⅰ：NH₄Cl
猜想Ⅱ：NH₄Cl和NaHCO₃
猜想Ⅲ：NH₄Cl和NaCl
猜想Ⅳ：NH₄Cl、NaCl和NaHCO₃．
故填：NaHCO₃．
【設計實驗】實驗過程如下表所示：

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	實驗結論
①取少量濾液于試管中，滴加稀鹽酸	產生無色無味氣體	證明濾液中含有的物質是NaHCO3
②另取少量濾液于試管中，滴加足量稀HNO3后，再滴加AgNO3溶液	產生白色沉淀	證明濾液中含有NaCl

【交流討論】
小明同學認為步驟②結論不正確，他的理由是氯化銨能和硝酸銀反應生成白色沉淀氯化銀．
故填：氯化銨能和硝酸銀反應生成白色沉淀氯化銀．
【得出結論】
另取少量濾液蒸干后充分灼燒，取灼燒后的殘余固體溶于水，往其中滴加足量稀HNO₃后，再滴加AgNO₃溶液，產生白色沉淀，說明濾液中溶質的成分是NH₄Cl、NaCl和NaHCO₃，因此猜想Ⅳ成立．
故填：Ⅳ．
【定量探究】
（1）設碳酸鈉質量為x，
Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl，
  106          100
   x           20g
$\frac{106}{x}$=$\frac{100}{20g}$，
x=21.2g，
該純堿樣品中碳酸鈉質量分數(shù)為：$\frac{21.2g}{25g}$×100%=84.8%，
因此該純堿樣品不合格．
（2）若要計算CaCl₂溶液的溶質質量分數(shù)，可以選擇第一、二組數(shù)據(jù)計算，這是因為一、二組中的氯化鈣完全反應．
故填：一、二．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．